11.3 全球变化的地质历史

地质历史上三个超大陆

哥伦比亚超大陆（Columbia）—— 距今19～15亿年前

哥伦比亚大陆（Columbia supercontinent，或称为Nuna、Hudsonland）是地球历史上最古老的几个超大陆。2002年由约翰·罗杰斯和Santosh Madhava Warrier 提出。一般认为哥伦比亚大陆存在于古元古代的15到18亿年前。该大陆由许多后来形成劳伦大陆、波罗地大陆、乌克兰地盾、亚马逊克拉通、澳洲大陆，可能还包含西伯利亚大陆、华北陆块、喀拉哈里克拉通的许多原始克拉通组成。哥伦比亚大陆目前是依照古地磁学资料证明其存在。

形成

哥伦比亚大陆一般认为是20亿到18亿年前因为造山运动形成，当时地球上几乎所有的陆地都组成该大陆。南美与西非的克拉通在21到20亿年前的泛亚马逊和俄波里安造山运动中合并。非洲南部的卡普瓦克拉通和津巴布韦克拉通在约20亿年前沿着林波波带合并。

劳伦大陆的克拉通岩石区则在19亿年前的泛哈德逊、佩尼奥克、托尔森－瑟隆、沃普梅、昂加瓦、托恩盖特和Nagssugtoqidain造山运动中缝合；包含伏尔加-乌拉尔克拉通、科拉克拉通、卡累利阿克拉通、萨尔马提亚克拉通（乌克兰）的波罗地大陆（东欧）在19到18亿年前的科拉－卡累利阿、瑞典－芬兰、沃利尼－中俄罗斯、帕切耳马造山运动中合并。西伯利亚的阿拿巴克拉通和阿尔丹克拉通在19到18亿年前的阿基特坎与中阿尔丹造山运动中连在一起。东南极克拉通和未知的陆块在横贯南极山脉造山运动中连结。印度南部和北部在印度次大陆中央构造带结合。华北陆块的东部和西部在18.5亿年前的泛华北造山运动中形成。

组成哥伦比亚大陆的最后运动在18亿年前。哥伦比亚大陆存在相当久（18到13亿年）。靠着沉积作用的隐没带相关成长发生在大陆边缘，在18到13亿年前形成了沿着今日北美南缘、格陵兰和波罗地大陆的火成岩带；这包含了在北美洲地区18到17亿年前的亚瓦派、中央平原与Makkovikian带，17到16亿年前的马扎察尔与拉布拉多带，15到13亿年前的圣佛朗索瓦与斯帕温纳带，以及13到12亿年前的Elzevirian带；18到17亿年前格陵兰的凯蒂利德带；在波罗地大陆18到17亿年前的泛斯堪地那维亚火成岩带，17到16亿年前的Kongsberggian—Gothian带，以及15到13亿年前的西南瑞典花岗岩带。其他克拉通岩石区也同样发生了边缘增长的状况。在南美洲，18到13亿年前在亚马逊克拉通西缘发生，形成今日里奥内格罗、佐雷那、朗多尼亚带。在澳洲则是于18到15亿年前在北澳洲克拉通的东缘和南缘与高勒克拉通的东缘形成阿伦塔、伊莎山、乔治城、柯恩与布洛肯山带。在中国则是在18到14亿年前沿着华北陆块形成了熊耳群火山岩带。

分裂

哥伦比亚大陆于16亿年前开始分裂。相关的大陆漂移有沿着劳伦大陆西缘（荷贝尔特—普尔瑟尔超群）、印度东部（默哈讷迪与哥达瓦里）、波罗地大陆南缘（泰勒马克超群）、西伯利亚东南缘（里菲超群）、南非东北缘（喀拉哈里铜矿带）与华北陆块北缘（渣尔泰－白云鄂博带）。

哥伦比亚大陆分裂原因一般认为是非造山的岩浆活动相当普遍，在北美洲、波罗地大陆、亚马逊克拉通和华北陆块形成斜长岩－微纹长辉二长岩－紫苏花岗岩－花岗岩组，直到大约13到12亿年前哥伦比亚大陆分裂为止。大约12.7亿年前的马更些岩脉群和12.4亿年前的索德柏立镁铁质岩脉群在即将分裂时形成。

分裂的各陆块则在约5亿年后形成罗迪尼亚大陆。

罗迪尼亚超大陆（Rodinia）—— 距今10～7.5亿年前

罗迪尼亚大陆（Rodinia）是古代地球曾经存在的超大陆。根据板块重构，罗迪尼亚大陆存在于新元古代（11.5亿到7亿年前）。

相对于三亿年前的盘古大陆，对罗迪尼亚大陆的地球动力状态所知甚少。可以从古地磁所提供的线索得知个别板块在罗迪尼亚大陆时代的纬度，但当时所在的经度则要靠现已散布在世界各地的相似地质特征来推测。

大约七亿年前成冰纪的时候，地球进入雪球地球状态，全球温度急遽下降。埃迪卡拉纪和寒武纪的生物快速演进一般认为是因为罗迪尼亚大陆的分裂引发。

古地理重建

1970年代开始有人提出在新元古代早期地球存在一个超大陆。当时地质学家提出在当年造山带分布于全世界的克拉通 。例如北美洲的格林维尔造山带、西伯利亚的乌拉尔造山带和欧洲的达斯兰亭造山带。

在这之后，有许多罗迪尼亚大陆可能的型态被提出。这些重构都是基于造山带和克拉通的分布。虽然罗迪尼亚大陆的克拉通型态已经有充分了解，但在细节上仍有许多差异，仍有赖未来古地磁研究。

罗迪尼亚大陆的分布可能以赤道以南为中心。而罗迪尼亚大陆的中心一般认为是北美洲克拉通，在东南侧则是东欧克拉通（之后形成波罗地大陆）、亚马逊克拉通和西非克拉通环绕。在南边则是拉普拉塔克拉通和圣法兰西斯科克拉通；在西南则是刚果克拉通和喀拉哈里克拉通；在东北则是澳洲大陆、印度次大陆和东南极克拉通。北边则是西伯利亚大陆、华北陆块、华南陆块，但确定位置还难以判定。

罗迪尼亚大陆形成前的古地理所知甚少，古地磁和地质资料仅能让我们完整重构罗迪尼亚大陆分裂之后的状态。目前能确定的是罗迪尼亚大陆大约在11到10亿年前形成，7亿5千万年前分裂。罗迪尼亚大陆则是由超级海洋米洛维亚环绕。

分裂

相对于罗迪尼亚大陆的形成，目前对于罗迪尼亚大陆的分裂已经很明确了解。地壳的断裂带并非同时在各处发生。新元古代大量岩浆流与火山爆发的证据在每个大陆都被发现，这些是罗迪尼亚大陆在7.5亿年前分裂的证据。早在8亿到8.5亿年前,，一道断裂带在今日的澳洲大陆、南极洲东部、印度、刚果克拉通、喀拉哈里克拉通之间形成，之后在劳伦大陆、波罗地大陆、亚马逊克拉通、西非克拉通、圣法兰西斯科克拉通也形成断裂带，断裂后形成埃迪卡拉纪的阿达马斯托洋。

大约在5.5亿年前埃迪卡拉纪和寒武纪的分界，亚马逊克拉通、西非克拉通、圣法兰西斯科克拉通首先合并。这个构造阶段叫做泛非造山运动，形成了在几亿年后都相当稳定的冈瓦那大陆。

大约6.1亿年前，埃迪卡拉纪中期形成巨神海。巨神海东部在劳伦大陆和波罗地大陆之间形成，西部则是在劳伦大陆和亚马逊克拉通之间。分裂时间和泛非造山运动的时间难以关联。一般认为在6亿到6.5亿年前地球上所有大陆重新聚集形成理论上的潘诺西亚大陆。

潘基亚超大陆（Pangea）—— 距今2.9～2.5亿年前

潘基亚超大陆（Pangea）又称盘古大陆。

“盘古”这个字的意思是“所有的大陆”，虽然称为“盘古”的这块超大陆形成于古生代末期，但是这块超大陆在当时似乎仍未包含所有的陆地，就在东半球－古地中海的右侧，仍然有分离于超大陆之外的陆地。这些大陆就是南、北中国陆块，以及一块长形“挡风玻璃”状的辛梅利亚大陆。辛梅利亚大陆包含的部分有土耳其、伊朗、阿富汗、西藏、印度支那和马来西亚。这块大陆似乎是晚石炭到早二叠的期间，从冈瓦那大陆（印度－澳洲）的边缘分离开来。结合了中国陆块，辛梅利亚大陆朝着欧亚大陆往北移动，最终在晚三叠世时，撞上了西伯利亚的南缘。于是就在亚洲这些破碎陆块互相撞击之后，世界上所有的陆地于是全部加入了超大陆，形成名符其实的盘古大陆。

分裂

第一阶段

大约距今1.65亿年，盘古大陆开始解体，这个解体经历了三个阶段。大约在距今1.8亿年左右，张裂的活动开始进行。沿着北美东岸、非洲西北岸和大西洋中央的岩浆活动，将北美向西北方推移了开来。在南美与北美互相远离的同时，墨西哥湾开始形成。就在同一个时刻，位于另一边的非洲，由于延伸在东非、南极洲和马达加斯加边界的火山喷发，西印度洋的形成。

在盘古大陆分裂后，在中生代的时期，北美和欧亚大陆是同一块大陆，我们有时称之为劳伦西亚(Laurentia)。当中央大西洋开始张裂，劳伦西亚大陆开始顺时针旋转，把北美洲往北方推送，欧亚大陆则向南移动。侏罗纪早期在东亚大量出现的煤炭已不复见，由于亚洲大陆潮湿的气候带移往副热带的干燥区，因此取而代之的是晚侏罗纪时期沙漠及盐的沉积。劳伦西亚大陆这种顺时针的运动，导致了当初将它与冈瓦纳大陆分开的V型古地中海(Paleo-Tethys Ocean)开始闭合。在侏罗纪早期，东南亚聚合而成。一片宽广的古地中海将北方的大陆与冈瓦纳大陆分隔两处。

第二阶段

盘古大陆在侏罗纪中期开始分裂，到了侏罗纪晚期，中央大西洋已经张裂成一狭窄的海洋，把北美与北美东部分隔开来。东冈瓦纳也同时与西冈瓦纳开始分裂。在白垩纪时期，南大西洋张开。印度陆块从马达加斯加分离开来，并加速向北。值得注意的是北美洲与欧洲此时仍然相连，而且澳大利亚大陆此时也还属于南极洲的一部份。

盘古大陆分裂的第二个阶段开始于白垩纪的早期，大约1.4亿年前。冈瓦纳大陆不断地变得破碎，包括南大西洋的张裂，隔开了南美和非洲；以及印度和马达加斯加一起从南极洲漂移开来；还有发生在澳大利亚西缘的东印度洋张裂等等。此时的南大西洋并没有立刻打开，而是像拉开拉链一般地由南向北渐渐张开。这也是为什么南大西洋比较宽的原因。

第三阶段

在新生代早期，进入盘古大陆分裂的第三个阶段，大约在5500~5000万年前，北美与格陵兰从欧洲漂移开来，印度板块开始撞上亚洲大陆，形成了西藏高原和喜马拉雅山。印度与亚洲的碰撞其实只是古地中海在闭合过程中一系列大陆与大陆碰撞的一部份罢了。从东到西所有的大陆与大陆之间碰撞包括有：西班牙与法兰西的碰撞，形成了本宁山脉(Pyrenees)；意大利、法兰西与瑞士的碰撞形成了阿尔卑斯山；希腊、土耳其与巴尔干的碰撞，形成了西奈山(Hellenide)和底纳瑞德(Dinaride)；阿拉伯半岛与伊朗的碰撞。

与碰撞伴生的是分裂：新生代以来，原本与南极大陆相连的澳大利亚陆地，也在此时开始迅速向北漂移，撞上亚洲的东南位置印度尼西亚群岛。2000万年前发生的张裂活动持续到了现代，包括有：红海的张裂使阿拉伯半岛自非洲漂移开来，东非张裂系统的产生，日本海的张裂，让日本往东移动进入太平洋，加里福尼亚湾的开启，使得墨西哥北部及加州一起往北运动。这些活动事件奠定了今日世界的轮廓。

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